信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラム
【課題】１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を抑えることが可能な信号受信装置を提供すること。
【解決手段】所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、位相比較器及びループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである、信号受信装置が提供される。
【解決手段】所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、位相比較器及びループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである、信号受信装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球上を周回する衛星から発せられる信号を受信して、現在地を測位することが出来る衛星測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＮＳＳ）が広く用いられている。特に、ＧＮＳＳの中でも全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ）の存在は広く知られている。
【０００３】
ＧＰＳは、地球上を周回するＧＰＳ衛星の中から、複数個（一般的には４個以上）の衛星からの信号を受信し、受信信号から、受信機の位置を計算（測位計算）して、ユーザに対して位置を知らせることが、その基本機能である。すなわち、ＧＰＳ受信機は、各衛星からの信号を受信して復調することで衛星の軌道情報を獲得し、衛星の軌道及び時間情報と受信信号の遅延時間からＧＰＳ受信機の三次元の位置を連立方程式より導出することが出来る。４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで、ＧＰＳ受信機の内部の時間と、衛星の時間との誤差の影響を除去することが出来る。
【０００４】
ユーザに対して連続して（例えば１秒おきに）ＧＰＳ受信機の現在位置を知らせるためには、ＧＰＳ衛星からの信号を追跡（トラッキング）し続けると都合が良い。一般的に、ＧＰＳ受信機が測位計算のために使用する信号は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれ、５０ｂｐｓ（ｂｉｔ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のデータを符号長１０２３、チップレート１．０２３ＭＨｚの擬似ランダム符号（Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ；ＰＲＮ符号）で直接拡散した信号により１５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号（ＧＰＳ信号）である。従って、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信するためには、ＰＲＮ符号、キャリア及びデータの同期を取る必要がある。一般的なＧＰＳ受信機においては、ＧＰＳ信号のキャリアの同期にはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ；位相同期ループ）が用いられている。そして、ＰＬＬは受信する信号の数だけ必要になる、
【０００５】
上述したように、一般的なＧＰＳ受信機においてＧＰＳ衛星からの信号を用いて測位計算を行うには、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信することが望ましい。従って、少なくとも４個の独立したＰＬＬが必要になる。以下の説明では、地球上のある地点において受信可能なＧＰＳ衛星を可視衛星と称し、可視衛星の数を可視衛星数と称する。季節、時間帯、緯度、経度、地形にも因るが、空が開けた地点での可視衛星数は多い場合で１０個を超える（非特許文献１参照）。可視衛星を出来るだけ多く同時にトラッキングすることが出来れば、トラッキング中の受信信号の一部が建物や地形により遮蔽されても、受信衛星の数が４個未満になる頻度が減少する。これは、受信衛星数の減少に伴う測位計算の中断頻度が減少することを意味する。１個のＧＰＳ衛星からの信号を受信するための、ＰＬＬを含んだ同期保持処理を実行する部分を以後「同期保持チャネル」と呼ぶことにすると、同期保持チャネルの数は多くの場合８チャネル以上を備えるＧＰＳ受信機が一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】B. ホフマン‐ウェレンホフ、H. リヒテネガー、J. コリンズ「GPS理論と応用」シュプリンガー・フェアラーク東京、2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同期保持チャネルをハードウェアで実現する場合には、同期保持チャネルに供給するクロックの周波数は、１３ＭＨｚ〜２６ＭＨｚの間のものが多く採用されている。その一方で、同期保持チャネルに含まれているＰＬＬの処理間隔は、例えば１ミリ秒に１回（すなわち１ｋＨｚ）と、上述のクロック周波数に比べてきわめて低い周波数である、このＰＬＬの処理間隔の間に実行される処理は、位相比較器による位相差分の計算と、ループフィルタによる平滑化処理のみであり、処理の内容や規模にも因るが、概ね１０μ秒以下で処理できる規模である。
【０００８】
このように、従来のＧＰＳ受信機においては、ＰＬＬの処理間隔の間に実行される処理の規模はそれほど大きくないにも関わらず、同期保持チャネルの数だけ位相比較器やループフィルタを用意しており、同期保持チャネルの数の増加に伴って、回路規模の増大化に繋がっていたという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を抑えることが可能な、新規かつ改良された信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである、信号受信装置が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば、位相同期ループ部は所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含み、位相比較器は１つ以上設けられ、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力し、ループフィルタは１つ以上も受けられ、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去する。そして、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍであるように設けられる。その結果、１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００１２】
前記位相同期ループ部の処理間隔をＴ０、前記位相比較器及び前記ループフィルタの処理に要する時間をＴ１とした場合に、１つの位相比較器およびループフィルタを共有可能な同期保持チャネルの最大数Ｌは下記の数式１で算出され、
【数１】
・・・（数式１）
前記Ｌを用いて下記の数式２で前記Ｍが算出されてもよい。
【数２】
・・・（数式２）
（ただし、
【数３】
は、ｘを超えない最大の整数を表し、
【数４】
は、ｘ以上の最小の整数を表す。）
【００１３】
１つの前記位相比較器及び前記ループフィルタの組を、複数の前記位相同期ループ部が時分割で用いてもよい。
【００１４】
上記信号受信装置は、複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持部と、複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択部と、前記ループフィルタの出力を前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給部と、前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持部と、をさらに備えていてもよい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである信号受信装置に対し、複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、を含む、信号受信装置の制御方法が提供される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍであるコンピュータに、複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、を実行させる、コンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を抑えることが可能な、新規かつ改良された信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について示す説明図である。
【図３】従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０の構成について示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１１１の構成について示す説明図である。
【図５】本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法の概要について示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
＜１．本発明の一実施形態＞
［１−１．受信装置の構成］
［１−２．同期保持チャネルの構成］
［１−３．従来のＰＬＬの構成］
［１−４．本実施形態のＰＬＬの構成］
［１−５．位相差検出部の処理開始信号の生成方法、カウンタの制御方法］
＜２．まとめ＞
【００２１】
＜１．本発明の一実施形態＞
［１−１．受信装置の構成］
本発明の一実施形態では、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を構成する少なくとも４個の衛星から送出された信号を受信して、受信信号に基づいて自己の位置を算出する受信装置に本発明を適用した場合について説明する。なお、本実施形態においては、ＧＮＳＳとして、日本国で広く利用されている全地球測位システム（ＧＰＳ）を想定し、このＧＰＳに対応した受信装置としてのＧＰＳ受信装置を例に挙げて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について示す説明図である。以下、図１を用いて、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について説明する。
【００２３】
図１に示したＧＰＳ受信装置１０は、少なくとも４個以上の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星からの信号を受信して、その受信信号に基づいて自己の位置を算出するものである。また、図１に示したＧＰＳ受信装置１０は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａ（Ｃｌｅａｒ ａｎｄ ＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎまたはＣｏａｒｓｅ ａｎｄ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信信号として受信するものである。そしてＧＰＳ受信装置１０は、図１に示したように、受信した受信信号を復調する際に、自己が発生する擬似ランダム（ＰＲＮ）系列の拡散符号（ＰＲＮ符号）と、受信信号におけるＰＲＮ符号との同期を捕捉する機能と、ＰＲＮ符号と搬送波（キャリア）との同期を保持する機能とを分離している。このように機能を分離することにより、ＧＰＳ受信装置１０は回路規模を小さく抑えつつ、同期捕捉を高速化するように構成することができる。もちろん、本発明はかかる構成を有するＧＰＳ受信装置への適用に限定されるものではない。本発明は、ＧＮＳＳを構成する複数の衛星から送出された信号を受信して、自己の位置を算出する受信装置に広く適用可能であることは言うまでも無い。
【００２４】
ＧＰＳ受信装置１０は、図１に示すように、所定の発信周波数を有する発信信号Ｄ１を生成する水晶発振器（Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＸＯ）１１と、このＸＯ１１とは異なる所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する温度補償型水晶発振器（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、以下、ＴＣＸＯ）１２と、このＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を逓倍（ｍｕｌｔｉｐｌｙ）及び／又は分周（ｄｉｖｉｄｅ）する逓倍／分周器１３とを備える。
【００２５】
ＸＯ１１は、例えば３２．７６８ｋＨｚ程度の所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する。ＸＯ１１は、生成した発振信号Ｄ１を後述するＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）２７に供給する。ＴＣＸＯ１２は、ＸＯ１１とは異なる、例えば１６．３６８ＭＨｚ程度の所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する。ＴＣＸＯ１２は、生成した発振信号Ｄ２を逓倍／分周器１３、及び後述する周波数シンセサイザ１８等に供給する。逓倍／分周器１３は、後述するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６から供給される制御信号Ｄ３に基づいて、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を、所定の逓倍率で逓倍し、及び／又は所定の分周比で分周する。逓倍／分周器１３は、逓倍及び／又は分周した発振信号Ｄ４を後述する同期捕捉部２４、後述する同期保持部２５、ＣＰＵ２６、後述するタイマ２８、及び後述するメモリ２９に供給する。
【００２６】
また、ＧＰＳ受信装置１０は、ＧＰＳ衛星から送信されてきたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受信するアンテナ１４と、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅するローノイズ・アンプ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＬＮＡ）１５と、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過する帯域通過フィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；ＢＰＦ）１６と、ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する増幅器１７と、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する周波数シンセサイザ１８と、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算する乗算器１９と、乗算器１９によって乗算されることによってダウンコンバートされた所定の周波数ＦＩＦを有する中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）信号Ｄ１１を増幅する増幅器２０と、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数帯域成分を通過する低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；ＬＰＦ）２１と、ＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換するアナログ／ディジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ａ／Ｄ）２２と、を備えている。
【００２７】
アンテナ１４は、ＧＰＳ衛星から送信されてくる、例えば周波数１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号を受信する。このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５は、ＬＮＡ１５に供給される。
【００２８】
ＬＮＡ１５は、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅する。ＬＮＡ１５は、受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅した増幅ＲＦ信号Ｄ６をＢＰＦ１６に供給する。
【００２９】
ＢＰＦ１６は、いわゆるＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタからなり、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過する。ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７は、増幅器１７に供給される。
【００３０】
増幅器１７は、ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する。増幅器１７は、増幅ＲＦ信号Ｄ７を増幅した所定の周波数ＦＲＦ、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚの増幅ＲＦ信号Ｄ８を乗算器１９に供給する。
【００３１】
周波数シンセサイザ１８は、ＣＰＵ２６から供給される制御信号Ｄ９による制御のもとに、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する。周波数シンセサイザ１８は、生成した局部発振信号Ｄ１０を乗算器１９に供給する。
【００３２】
乗算器１９は、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算することによって増幅ＲＦ信号Ｄ８をダウンコンバートし、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の所定の周波数ＦＩＦを有するＩＦ信号Ｄ１１を生成する。このＩＦ信号Ｄ１１は、増幅器２０に供給される。
【００３３】
増幅器２０は、乗算器１９によってダウンコンバートされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅する。増幅器２０は、ＩＦ信号Ｄ１１を増幅して得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１２をＬＰＦ２１に供給する。
【００３４】
ＬＰＦ２１は、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち、所定の周波数よりも低帯域成分を通過させる。このＬＰＦ２１によって通過された増幅ＩＦ信号Ｄ１３は、Ａ／Ｄ変換器２２に供給される。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器２２は、ＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換する。このＡ／Ｄ変換器２２によって変換された増幅ＩＦ信号Ｄ１４は、同期捕捉部２４及び同期保持部２５に供給される。
【００３６】
なお、ＧＰＳ受信装置１０においては、上述した構成のうち、ＬＮＡ１５、増幅器１７、２０、ＢＰＦ１６、周波数シンセサイザ１８、乗算器１９、ＬＰＦ２１、及びＡ／Ｄ変換器２２は、アンテナ１４によって受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する受信ＲＦ信号Ｄ５を、ディジタル信号処理が施しやすいように、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の低い周波数ＦＩＦを有する増幅ＩＦ信号Ｄ１４にダウンコンバートする周波数変換部２３として構成される。
【００３７】
さらに、ＧＰＳ受信装置１０は、自己が発生するＰＲＮ符号とＡ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号との同期捕捉及び増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉部２４と、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持及びメッセージの復調を行う同期保持部２５と、各部を統括的に制御して各種演算処理を行うＣＰＵ２６と、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて時間を計測するＲＴＣ２７と、ＣＰＵ２６の内部時計としてのタイマ２８と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるメモリ２９を備える。
【００３８】
同期捕捉部２４は、ＣＰＵ２６の制御の下、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号の同期捕捉を行う。また同期捕捉部２４は、増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う。ＰＲＮ符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を行う際には、同期捕捉部２４は、粗い精度での同期捕捉を行う。なお、同期捕捉部２４における同期捕捉には、例えば、スライディング相関器やマッチドフィルタなどの任意の構成を用いてもよい。同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星を識別するための衛星番号、ＰＲＮ符号の位相、及びキャリア周波数を同期保持部２５及びＣＰＵ２６に供給する。
【００３９】
同期保持部２５は、ＣＰＵ２６の制御の下、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持を行う。また同期保持部２５は、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行う。ＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行う際には、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給される衛星番号、ＰＲＮ符号の位相、及びキャリア周波数を初期値として動作を開始する。同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出したＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。
【００４０】
ＣＰＵ２６は、同期保持部２５から供給されるＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージを取得し、これらの各種情報に基づいて、自己の３次元位置の算出する処理や、当該ＧＰＳ受信装置１０の時間情報を補正する処理などの各種演算処理を行う。また、ＣＰＵ２６は、当該ＧＰＳ受信装置１０の各部及び各種ペリフェラル（周辺機器）、並びに外部との入出力（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）に関する制御を統括的に行う。
【００４１】
ＲＴＣ２７は、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて、時間を計測する。このＲＴＣ２７によって計測される時間情報は、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるものであって、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報を得たＣＰＵ２６がＸＯ１１を制御することによって、時間情報は適宜補正される。
【００４２】
タイマ２８は、ＣＰＵ２６の内部時計として機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タイミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例えば、ＧＰＳ受信装置１０においては、同期捕捉部２４が同期捕捉したＰＲＮ符号の位相に合わせて同期保持部２５が内部に持つＰＲＮ符号発生器の動作を開始させるタイミングを、このタイマ２８によって参照する。
【００４３】
メモリ２９は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる。メモリ２９においては、ＣＰＵ２６等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられるとともに、入力した各種データをバッファリングする際や、同期保持部より得られた衛星の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データを保持する際にもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２９として、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭを用いてもよい。また、メモリ２９として、ＧＰＳ受信装置１０の電源が切られている間であっても、衛星の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、および測位結果の位置情報、ＴＣＸＯ１２の誤差量などを記憶する手段として不揮発メモリを用いてもよい。
【００４４】
なお、ＧＰＳ受信装置１０においては、これらの同期捕捉部２４、同期保持部２５、ＣＰＵ２６、ＲＴＣ２７、タイマ２８、メモリ２９は、ベースバンド処理部として構成される。
【００４５】
このような各部を備えるＧＰＳ受信装置１０においては、少なくとも、ＸＯ１１、ＴＣＸＯ１２、アンテナ１４、ＬＮＡ１５、及びＢＰＦ１６を除く各部を、集積回路化した１チップからなる復調回路３０として構成することができる。
【００４６】
ＧＰＳ受信装置１０は、少なくとも４個のＧＰＳ衛星からのＲＦ信号を受信して、このＲＦ信号を周波数変換部２３によってＩＦ信号に変換した後、同期捕捉部２４によってＰＲＮ符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を行い、同期保持部２５によってＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行う。そして、ＧＰＳ受信装置１０は、ＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、ＣＰＵ２６によって自己の３次元位置を算出する。
【００４７】
以上、図１を用いて本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について説明した。なお、ＧＰＳ受信装置１０は、図１に示した構成以外にも、ユーザインタフェース用の表示データなどの各種データやアプリケーションなどを記憶可能な記憶部、ユーザが操作可能な操作部、現在位置の情報等を表示する表示部などを備えてもよい。ＧＰＳ受信装置１０は、例えば、データの伝送路としてのバスにより上記各構成要素間を接続してもよい。
【００４８】
上述したように、同期保持部２５は、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行う。同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出したＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。続いて、同期保持部２５において複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号の同期保持を行う部分（以下、同期保持チャネル）の構成について説明する。
【００４９】
［１−２．同期保持チャネルの構成］
図２は、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について示す説明図である。以下、図２を用いて、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について説明する。
【００５０】
同期保持チャネル１００は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号の同期保持を実行する。同期保持チャネル１００は、キャリアの同期保持を行うＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１０１と、ＰＲＮ符号の同期保持を行うＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ−ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１０２と、ＣＰＵ２６から設定された特定のＧＰＳ衛星のＰＲＮ符号を発生されるＰＲＮ符号生成器１３０と、を備える。
【００５１】
ＰＬＬ１０１は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアの同期保持を行い、トラッキング中のＧＰＳ衛星のキャリア周波数を出力する。得られたキャリア周波数はＤＬＬ１０２に供給されると共に、ＣＰＵ２６を経由して測位計算に用いられる。また、ＰＬＬ１０１は航法メッセージの抽出も行い、抽出された航法メッセージはＣＰＵ２６に供給される。
【００５２】
ＤＬＬ１０２は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号の同期保持を行い、トラッキング中のＧＰＳ衛星のＰＲＮ符号の位相と周波数を出力する。ＤＬＬ１０２で得られたＰＲＮ符号位相はＰＬＬ１０１に供給されると共に、ＣＰＵ２６を経由して測位計算に用いられる。また、得られたＰＲＮ符号周波数はＰＲＮ符号生成器１３０に供給される。
【００５３】
ＰＲＮ符号生成器１３０は、ＤＬＬ１０２から得られたＰＲＮ符号周波数に対応するＰＲＮ符号を生成する。生成するＰＲＮ符号の種類は同期保持すべきＧＰＳ衛星の種類に対応し、ＣＰＵ２６から与えられる。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について説明した。続いて、図２に示した同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１０１の構成について説明するが、その前に、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬの構成例について説明する。
【００５５】
［１−３．従来のＰＬＬの構成］
図３は、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０の構成について示す説明図である。図３に示したように、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０は、ミキサ４１、４２、４３と、ＬＰＦ４４、４５と、位相検出器４６と、ループフィルタ４７と、数値制御発振器（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；以下キャリアＮＣＯ）４８と、を含んで構成されている。そして、図３に示したＰＬＬ４０は、同期保持チャネルの数だけＧＰＳ受信装置の内部に備えられる。
【００５６】
ミキサ４１は、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号を除去（逆拡散）するために、増幅ＩＦ信号Ｄ１４とＰＲＮ符号生成器１３０が出力するＰＲＮ符号の遅れ無し（ＰｒｏｍｐｔまたはＰｕｎｃｔｕａｌ）信号Ｄ１０４とを掛け合わせる。ミキサ４１によって逆拡散された信号はミキサ４２、４３に供給される。
【００５７】
ミキサ４２は、ミキサ４１の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアの同相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ；Ｉ成分）ＩＰを取り出すために、ミキサ４１の出力とＮＣＯ４８が出力するｃｏｓ成分とを掛け合わせる。その結果、Ｉ成分ＩＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ４８が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。ミキサ４２で得られたＩ成分ＩＰはＬＰＦ４４に供給される。
【００５８】
ミキサ４３は、ミキサ４１の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアの直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ；Ｑ成分）ＱＰを取り出すために、ミキサ４１の出力とＮＣＯ４８が出力するｓｉｎ成分を掛け合わせる。その結果、Ｑ成分ＱＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ４８が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。Ｑ成分ＱＰはＬＰＦ４５に供給される。
【００５９】
ＬＰＦ４４、４５は、それぞれミキサ４２、４３の出力に含まれる２つの周波数成分、すなわちトラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ４８が発生するキャリアの周波数の和および差のうち、周波数差のみを取り出す。また、帯域外ノイズを除去する役割もある。ＬＰＦ４４、４５の出力は、位相検出器４６に供給される。
【００６０】
位相検出器４６は、ＬＰＦ４４、４５を経由したＩ成分ＩＰおよびＱ成分ＱＰからトラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリアとＮＣＯ４８が発生するキャリアの位相差を求める。位相検出器４６が求めた位相差はループフィルタ４７に供給される。
【００６１】
ループフィルタ４７は、位相検出器４６が生成する位相差情報から不要なノイズを取り除きつつ、所望のループの応答を実現するための一種のＬＰＦである。ループの応答を特徴付けるパラメータはＣＰＵ２６から与えられる。ループフィルタ４７の出力はキャリアＮＣＯ４８に供給される。
【００６２】
キャリアＮＣＯ４８は、入力に応じた周波数に対応するキャリア信号を生成する。基準となるキャリア信号Ｄ１０１と９０度位相が遅れた信号Ｄ１０２を出力する。キャリアＮＣＯ４８が出力する信号Ｄ１０１はミキサ４２へ、信号Ｄ１０２はミキサ４３へ供給される。
【００６３】
以上、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０の構成について説明した。このように、従来のＧＰＳ受信装置では、１つの同期保持チャネルに１つのＰＬＬが備えられていた。従って、同期保持チャネルの数だけ、位相検出器４６及びループフィルタ４７が備えられていた。しかし、上述したように、従来のＧＰＳ受信機においては、ＰＬＬの処理間隔の間に実行される処理の規模はそれほど大きくないにも関わらず、同期保持チャネルの数だけ位相比較器やループフィルタを用意しており、回路規模の増大化に繋がっていたという問題があった。
【００６４】
そこで、本実施形態では、複数の同期保持チャネルでＰＬＬの位相比較器及びループフィルタを共有し、時分割で処理を実行することで、回路規模の増大化を抑えることができるＧＰＳ受信装置について説明する。
【００６５】
［１−４．本実施形態のＰＬＬの構成］
図４は、本発明の一実施形態にかかる同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１１１の構成について示す説明図である。以下、図４を用いて、本発明の一実施形態にかかる同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１１１の構成について説明する。
【００６６】
図４に示したように、ＰＬＬ１１１は、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号を除去するためのミキサ１０３と、特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＩ成分ＩＰを取り出すためのミキサ１０４と、特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＱ成分ＱＰを取り出すためのミキサ１０５と、帯域制限によりノイズなどの不要な周波数成分を除去するためのＬＰＦ１０６、１０７と、Ｉ成分ＩＰとＱ成分ＱＰとの割合から受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるキャリアと数値制御発振器（キャリアＮＣＯ）１１０が生成するキャリアとの位相差を検出する位相検出器１１３と、位相検出器１１３が出力する位相差を平滑化するためのループフィルタ１１４と、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリアを除去するために同調させるキャリアを発生させるためのキャリアＮＣＯ１１０と、複数のチャネルのＩ信号から位相検出器１１３に接続するＩ信号を選択するためのマルチプレクサ（ＭＵＸ）１１６と、複数のチャネルのＱ信号から位相検出器１１３に接続するＱ信号を選択するためのマルチプレクサ１１５と、複数のチャネルのキャリアＮＣＯ１１０からループフィルタ１１４と接続するＮＣＯ１１０を選択するためのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１１７と、マルチプレクサ１１５、１１６及びデマルチプレクサ１１７がどのチャネルの信号を選択するべきかを保持するカウンタ１１８と、ループフィルタで生成される中間結果を複数のチャネル毎に保持するためのレジスタ１１９と、を備える。
【００６７】
ミキサ１０３、１０４、１０５、ＬＰＦ１０６、１０７及びキャリアＮＣＯ１１０は同期保持チャネルの数だけ備わるが、位相検出器１１３、ループフィルタ１１４、カウンタ１１８、レジスタ１１９、マルチプレクサ１１５、１１６及びデマルチプレクサ１１７は、同期保持チャネルの数より少ない。ここで、同期保持チャネル数と、位相検出器１１３とループフィルタ１１４からなる位相差検出部１１２の数の関係について説明する。
【００６８】
本実施形態において、同期保持チャネル数Ｎ（Ｎ≧２）に対して、位相差検出部１１２の数Ｍは、Ｎ＞Ｍを満たすように決定される。Ｎが具体的に与えられた場合に、どのようにしてＭを決定するかを以下に述べる。まず、１個の位相差検出部１１２に対して共有可能な同期保持チャネルの最大数Ｌを求める。位相差検出部の処理に要する時間をＴ１とし、ＰＬＬの処理間隔をＴ０とすると、１個の位相差検出部１１２に対して共有可能な同期保持チャネルの最大数Ｌは以下の数式１を満たすように求められる。
【００６９】
【数５】
・・・（数式１）
【００７０】
ただし、
【数６】
は、ｘを超えない最大の整数を表す。例えば、Ｔ０＝１ｍｓ、Ｔ１＝１５μｓとすると、Ｍは以下の数式２を満たす。
【００７１】
【数７】
・・・（数式２）
【００７２】
ただし、
【数８】
は、ｘ以上の最小の整数を表す。例えば、Ｎ＝２０、Ｌ＝６７とすると、Ｍ＝１であり、Ｎ＝２０、Ｌ＝１５とすると、Ｍ＝２となる。
【００７３】
なお、以下においては、説明の便宜上、同期保持チャネル数Ｎは８、位相差検出部１１２の数Ｍは１とするが、上述した条件を満たしていれば、その数の大小は問わない。
【００７４】
ミキサ１０３は、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号を除去（逆拡散）するために、増幅ＩＦ信号Ｄ１４と後述するＰＲＮ符号生成器１３０が出力するＰＲＮ符号の遅れ無し（ＰｒｏｍｐｔまたはＰｕｎｃｔｕａｌ）信号を掛け合わせる。ミキサ１０３によって逆拡散された信号はミキサ１０４、１０５に供給される。
【００７５】
ミキサ１０４は、ミキサ１０３の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＩ成分ＩＰを取り出すために、ミキサ１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｃｏｓ成分を掛け合わせる。その結果、Ｉ成分ＩＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。ミキサ１０４によって取り出されたＩ成分ＩＰはＬＰＦ１０６に供給される。
【００７６】
ミキサ１０５は、ミキサ１０３の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＱ成分ＱＰを取り出すために、ミキサ１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｓｉｎ成分を掛け合わせる。その結果、Ｑ成分ＱＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。ミキサ１０５によって取り出されたＱ成分ＱＰはＬＰＦ１０７に供給される。
【００７７】
ＬＰＦ１０６、１０７は、それぞれミキサ１０４、１０５の出力に含まれる２つの周波数成分、すなわちトラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差のうち、周波数差のみを取り出す。また、帯域外ノイズを除去する役割もある。ＬＰＦ１０６、１０７の出力は後述するマルチプレクサ１１５、１１６を経由して位相検出器１１３に供給される。
【００７８】
位相検出器１１３は、ＬＰＦ１０６、１０７及びマルチプレクサ１１５、１１６を経由したＩ成分ＩＰおよびＱ成分ＱＰから、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリアとＮＣＯ１１０が発生するキャリアの位相差を求める。位相検出器１１３で算出された位相差情報はループフィルタ１１４に供給される。
【００７９】
ループフィルタ１１４は、位相検出器１１３が生成する位相差情報から不要なノイズを取り除きつつ、所望のループの応答を実現するための一種のＬＰＦである。ループの応答を特徴付けるパラメータはＣＰＵ２６から与えられる。ループフィルタ１１４の出力は後述するデマルチプレクサ１１７を経由してキャリアＮＣＯ１１０に供給される。
【００８０】
キャリアＮＣＯ１１０は、入力に応じた周波数に対応するキャリア信号を生成する。基準となるキャリア信号Ｄ１０１と９０度位相が遅れた信号Ｄ１０２を出力し、信号Ｄ１０１はミキサ１０４へ、信号Ｄ１０２はミキサ１０５へ供給される。
【００８１】
マルチプレクサ１１５、１１６は、複数の同期保持チャネルのＬＰＦ１０６および１０７の出力から特定の同期保持チャネルの出力を選択するためのもので、選択すべき同期保持チャネルはカウンタ１１８で保持される。
【００８２】
デマルチプレクサ１１７は、複数の同期保持チャネルのＮＣＯ１１０から、ループフィルタ１１４と接続すべきチャネルを選択するためのもので、選択すべき同期保持チャネルの情報はチャネル番号としてカウンタ１１８で保持される。
【００８３】
カウンタ１１８は、マルチプレクサ１１５、１１６及びデマルチプレクサ１１７が、複数の同期保持チャネルの信号から特定の同期保持チャネルの信号を選択するためのチャネル番号を保持する。本実施形態では、同期保持チャネルの数は８つなので、チャネル番号は０から７の値が保持される。カウンタ１１８のカウンタ値の制御方法は後述する。
【００８４】
レジスタ１１９は、ループフィルタ１１４が生成する中間結果を保存するための領域である。レジスタ１１９を実現するにはフリップフロップあるいはＲＡＭを用いる方法が考えられるが、これらの例に限定されるものではない。ループフィルタ１１４が生成する中間結果は同期保持チャネルごとに異なるので、レジスタ１１９は同期保持チャネル数だけ保存領域を用意する必要がある。中間結果をレジスタ１１９内のどのチャネル用領域に格納すべきか、あるいは、どのチャネル用領域から次に使用する中間結果を取り出すかは、カウンタ１１８によって指定される。
【００８５】
信号Ｄ２０１は、ループフィルタ１１４の計算終了を示す信号であり、次の同期保持チャネルのための位相差検出処理すなわち位相検出器１１３およびループフィルタ１１４の処理を開始するための信号となる。同時に、信号Ｄ２０１は、カウンタ１１８を更新するための信号となる。
【００８６】
以上、図４を用いて、ＰＬＬ１１１の構成について説明した。従来の方法であれば、各同期保持チャネルに備わっている位相差検出部１１２は、図１の逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号によって全チャネルが一斉に動作を開始する。本実施形態においては、１つの位相差検出部１１２が複数の同期保持チャネルの処理を時分割で受け持つので、逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号の他に、位相差検出部１１２の処理を開始させるための信号が必要となる。以下では、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法、およびカウンタ１１８の制御方法について説明する。
【００８７】
［１−５．位相差検出部の処理開始信号の生成方法、カウンタの制御方法］
図５は、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法の概要について示す説明図である。以下、図５を用いて、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法について説明する。
【００８８】
処理すべき同期保持チャネルは０から７まで順番に処理すると仮定すると、逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号はチャネル０を処理するための開始信号として利用する。一方、チャネル１から７を処理するための処理開始信号は、ループフィルタ１１４の計算終了信号Ｄ２０１を利用する。ただし、最後のチャネル（図５に示した例ではチャネル７）の処理終了信号は、もう処理すべきチャネルがないので処理開始信号として利用しない。
【００８９】
カウンタ１１８の役割は、上述した通り、マルチプレクサ１１５、１１６と、デマルチプレクサ１１７とが接続すべき同期保持チャネルを決定するとともに、ループフィルタ１１４が生成した中間結果のレジスタ１１９の内部での保存領域を決定し、ループフィルタ１１４が使用する中間結果のレジスタ１１９の内部での格納場所を決定するものである。基本的には上述した処理開始信号と同様の制御が実行される。すなわち、図１に示した逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号によってカウンタ１１８が０に初期化され、ループフィルタ１１４の計算終了信号Ｄ２０１を利用してカウンタ１１８のカウンタ値を１加算する。ただし、既にカウンタ１１８が最大チャネル番号（この例では７）を保持している場合は、カウンタ１１８のカウンタ値の加算は行われない。
【００９０】
図６は、本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について示す流れ図である。以下、図６を用いて、本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について説明する。なお、図６に示す一連の処理は、例えばＣＰＵ２６が実行するようにしてもよい。
【００９１】
まず、カウンタ１１８に逓倍／分周器１３からの処理開始信号があったかどうかを判断する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１での判断の結果、逓倍／分周器１３からの処理開始信号があった場合には、カウンタ１１８のカウンタの値を０に初期化して（ステップＳ１０２）、処理を終了する。一方、ステップＳ１０１での判断の結果、逓倍／分周器１３からの処理開始信号が無かった場合には、続いて、カウンタ１１８にループフィルタ１１４からの処理終了信号があったかどうかを判断する（ステップＳ１０３）。
【００９２】
上記ステップＳ１０３での判断の結果、ループフィルタ１１４からの処理終了信号があった場合には、続いて、カウンタ１１８のカウンタの値が処理すべき最大チャネル数に達しているかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。一方、上記ステップＳ１０３での判断の結果、ループフィルタ１１４からの処理終了信号が無かった場合には、そのまま処理を終了する。
【００９３】
上記ステップＳ１０４での判断の結果、カウンタの値が処理すべき最大チャネル数に達していないと判断した場合には、カウンタ１１８のカウンタの値に１を加算する（ステップＳ１０５）。一方、上記ステップＳ１０４での判断の結果、カウンタの値が処理すべき最大チャネル数に達していたと判断した場合には、そのまま処理を終了する。そして、再び逓倍／分周器１３からの処理開始信号がカウンタ１１８に送られたかどうかを判断する上記ステップＳ１０１の処理の実行に移る。
【００９４】
以上、本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について説明すると共に、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法について説明した。
【００９５】
＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、従来は複数の同期保持チャネルにそれぞれ備わっていた位相差検出部（位相検出器およびループフィルタ）を減らし、１つの位相差検出部につき複数の同期保持チャネルの処理を時分割で行うことが可能となる。複数の同期保持チャネルにそれぞれ備わっていた位相差検出部の数を減らすことで、同期保持チャネルの数が増加しても、回路規模の縮小や消費電力の削減に寄与することが可能となる。
【００９６】
なお、本実施形態は衛星の同期保持や同期捕捉の方法については特定の実施を仮定するものではなく、ＧＰＳ受信機として備える同期捕捉部及び／または同期保持部であればよい。また、本実施形態で説明した各種処理は、例えばメモリ２９に格納されたコンピュータプログラムを、ＣＰＵ２６が読み出して順次実行することで行われるようにしてもよい。
【００９７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９８】
１０ ＧＰＳ受信装置
１１ ＸＯ
１２ ＴＣＸＯ
１３ 逓倍／分周器
１４ アンテナ
１５ ＬＮＡ
１６ ＢＰＦ
１７ 増幅器
１８ 周波数シンセサイザ
１９ 乗算器
２０ 増幅器
２１ ＬＰＦ
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 周波数変換部
２４ 同期捕捉部
２５ 同期保持部
２６ ＣＰＵ
２７ ＲＴＣ
２８ タイマ
２９ メモリ
３０ 復調回路
１００ 同期保持チャネル
１０２ ＤＬＬ
１０３、１０４、１０５ ミキサ
１０６、１０７ ＬＰＦ
１１１ ＰＬＬ
１１０ キャリアＮＣＯ
１１３ 位相検出器
１１４ ループフィルタ
１１５、１１６ マルチプレクサ
１１７ デマルチプレクサ
１１８ カウンタ
１１９ レジスタ
１３０ ＰＲＮ符号生成器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球上を周回する衛星から発せられる信号を受信して、現在地を測位することが出来る衛星測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＮＳＳ）が広く用いられている。特に、ＧＮＳＳの中でも全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＰＳ）の存在は広く知られている。
【０００３】
ＧＰＳは、地球上を周回するＧＰＳ衛星の中から、複数個（一般的には４個以上）の衛星からの信号を受信し、受信信号から、受信機の位置を計算（測位計算）して、ユーザに対して位置を知らせることが、その基本機能である。すなわち、ＧＰＳ受信機は、各衛星からの信号を受信して復調することで衛星の軌道情報を獲得し、衛星の軌道及び時間情報と受信信号の遅延時間からＧＰＳ受信機の三次元の位置を連立方程式より導出することが出来る。４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで、ＧＰＳ受信機の内部の時間と、衛星の時間との誤差の影響を除去することが出来る。
【０００４】
ユーザに対して連続して（例えば１秒おきに）ＧＰＳ受信機の現在位置を知らせるためには、ＧＰＳ衛星からの信号を追跡（トラッキング）し続けると都合が良い。一般的に、ＧＰＳ受信機が測位計算のために使用する信号は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａコードと呼ばれ、５０ｂｐｓ（ｂｉｔ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のデータを符号長１０２３、チップレート１．０２３ＭＨｚの擬似ランダム符号（Ｐｓｅｕｄｏ Ｒａｎｄｏｍ Ｎｏｉｓｅ；ＰＲＮ符号）で直接拡散した信号により１５７５．４２ＭＨｚのキャリアをＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調した信号（ＧＰＳ信号）である。従って、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信するためには、ＰＲＮ符号、キャリア及びデータの同期を取る必要がある。一般的なＧＰＳ受信機においては、ＧＰＳ信号のキャリアの同期にはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ；位相同期ループ）が用いられている。そして、ＰＬＬは受信する信号の数だけ必要になる、
【０００５】
上述したように、一般的なＧＰＳ受信機においてＧＰＳ衛星からの信号を用いて測位計算を行うには、４個以上のＧＰＳ衛星からの信号を受信することが望ましい。従って、少なくとも４個の独立したＰＬＬが必要になる。以下の説明では、地球上のある地点において受信可能なＧＰＳ衛星を可視衛星と称し、可視衛星の数を可視衛星数と称する。季節、時間帯、緯度、経度、地形にも因るが、空が開けた地点での可視衛星数は多い場合で１０個を超える（非特許文献１参照）。可視衛星を出来るだけ多く同時にトラッキングすることが出来れば、トラッキング中の受信信号の一部が建物や地形により遮蔽されても、受信衛星の数が４個未満になる頻度が減少する。これは、受信衛星数の減少に伴う測位計算の中断頻度が減少することを意味する。１個のＧＰＳ衛星からの信号を受信するための、ＰＬＬを含んだ同期保持処理を実行する部分を以後「同期保持チャネル」と呼ぶことにすると、同期保持チャネルの数は多くの場合８チャネル以上を備えるＧＰＳ受信機が一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】B. ホフマン‐ウェレンホフ、H. リヒテネガー、J. コリンズ「GPS理論と応用」シュプリンガー・フェアラーク東京、2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
同期保持チャネルをハードウェアで実現する場合には、同期保持チャネルに供給するクロックの周波数は、１３ＭＨｚ〜２６ＭＨｚの間のものが多く採用されている。その一方で、同期保持チャネルに含まれているＰＬＬの処理間隔は、例えば１ミリ秒に１回（すなわち１ｋＨｚ）と、上述のクロック周波数に比べてきわめて低い周波数である、このＰＬＬの処理間隔の間に実行される処理は、位相比較器による位相差分の計算と、ループフィルタによる平滑化処理のみであり、処理の内容や規模にも因るが、概ね１０μ秒以下で処理できる規模である。
【０００８】
このように、従来のＧＰＳ受信機においては、ＰＬＬの処理間隔の間に実行される処理の規模はそれほど大きくないにも関わらず、同期保持チャネルの数だけ位相比較器やループフィルタを用意しており、同期保持チャネルの数の増加に伴って、回路規模の増大化に繋がっていたという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を抑えることが可能な、新規かつ改良された信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである、信号受信装置が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば、位相同期ループ部は所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含み、位相比較器は１つ以上設けられ、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力し、ループフィルタは１つ以上も受けられ、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去する。そして、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍであるように設けられる。その結果、１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００１２】
前記位相同期ループ部の処理間隔をＴ０、前記位相比較器及び前記ループフィルタの処理に要する時間をＴ１とした場合に、１つの位相比較器およびループフィルタを共有可能な同期保持チャネルの最大数Ｌは下記の数式１で算出され、
【数１】
・・・（数式１）
前記Ｌを用いて下記の数式２で前記Ｍが算出されてもよい。
【数２】
・・・（数式２）
（ただし、
【数３】
は、ｘを超えない最大の整数を表し、
【数４】
は、ｘ以上の最小の整数を表す。）
【００１３】
１つの前記位相比較器及び前記ループフィルタの組を、複数の前記位相同期ループ部が時分割で用いてもよい。
【００１４】
上記信号受信装置は、複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持部と、複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択部と、前記ループフィルタの出力を前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給部と、前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持部と、をさらに備えていてもよい。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである信号受信装置に対し、複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、を含む、信号受信装置の制御方法が提供される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、を備え、同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍであるコンピュータに、複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、を実行させる、コンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、１つの位相比較器及びループフィルタを複数の同期保持チャネルで共有することで、同期保持チャネルの増加に伴う回路規模の増大を抑えることが可能な、新規かつ改良された信号受信装置、信号受信装置の制御方法及びコンピュータプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について示す説明図である。
【図３】従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０の構成について示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１１１の構成について示す説明図である。
【図５】本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法の概要について示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
＜１．本発明の一実施形態＞
［１−１．受信装置の構成］
［１−２．同期保持チャネルの構成］
［１−３．従来のＰＬＬの構成］
［１−４．本実施形態のＰＬＬの構成］
［１−５．位相差検出部の処理開始信号の生成方法、カウンタの制御方法］
＜２．まとめ＞
【００２１】
＜１．本発明の一実施形態＞
［１−１．受信装置の構成］
本発明の一実施形態では、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）を構成する少なくとも４個の衛星から送出された信号を受信して、受信信号に基づいて自己の位置を算出する受信装置に本発明を適用した場合について説明する。なお、本実施形態においては、ＧＮＳＳとして、日本国で広く利用されている全地球測位システム（ＧＰＳ）を想定し、このＧＰＳに対応した受信装置としてのＧＰＳ受信装置を例に挙げて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について示す説明図である。以下、図１を用いて、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について説明する。
【００２３】
図１に示したＧＰＳ受信装置１０は、少なくとも４個以上の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星からの信号を受信して、その受信信号に基づいて自己の位置を算出するものである。また、図１に示したＧＰＳ受信装置１０は、Ｌ１帯、Ｃ／Ａ（Ｃｌｅａｒ ａｎｄ ＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎまたはＣｏａｒｓｅ ａｎｄ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）コードと呼ばれるスペクトラム拡散信号電波を受信信号として受信するものである。そしてＧＰＳ受信装置１０は、図１に示したように、受信した受信信号を復調する際に、自己が発生する擬似ランダム（ＰＲＮ）系列の拡散符号（ＰＲＮ符号）と、受信信号におけるＰＲＮ符号との同期を捕捉する機能と、ＰＲＮ符号と搬送波（キャリア）との同期を保持する機能とを分離している。このように機能を分離することにより、ＧＰＳ受信装置１０は回路規模を小さく抑えつつ、同期捕捉を高速化するように構成することができる。もちろん、本発明はかかる構成を有するＧＰＳ受信装置への適用に限定されるものではない。本発明は、ＧＮＳＳを構成する複数の衛星から送出された信号を受信して、自己の位置を算出する受信装置に広く適用可能であることは言うまでも無い。
【００２４】
ＧＰＳ受信装置１０は、図１に示すように、所定の発信周波数を有する発信信号Ｄ１を生成する水晶発振器（Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＸＯ）１１と、このＸＯ１１とは異なる所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する温度補償型水晶発振器（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘ’ｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、以下、ＴＣＸＯ）１２と、このＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を逓倍（ｍｕｌｔｉｐｌｙ）及び／又は分周（ｄｉｖｉｄｅ）する逓倍／分周器１３とを備える。
【００２５】
ＸＯ１１は、例えば３２．７６８ｋＨｚ程度の所定の発振周波数を有する発振信号Ｄ１を生成する。ＸＯ１１は、生成した発振信号Ｄ１を後述するＲＴＣ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）２７に供給する。ＴＣＸＯ１２は、ＸＯ１１とは異なる、例えば１６．３６８ＭＨｚ程度の所定の発振周波数ＦＯＳＣを有する発振信号Ｄ２を生成する。ＴＣＸＯ１２は、生成した発振信号Ｄ２を逓倍／分周器１３、及び後述する周波数シンセサイザ１８等に供給する。逓倍／分周器１３は、後述するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２６から供給される制御信号Ｄ３に基づいて、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２を、所定の逓倍率で逓倍し、及び／又は所定の分周比で分周する。逓倍／分周器１３は、逓倍及び／又は分周した発振信号Ｄ４を後述する同期捕捉部２４、後述する同期保持部２５、ＣＰＵ２６、後述するタイマ２８、及び後述するメモリ２９に供給する。
【００２６】
また、ＧＰＳ受信装置１０は、ＧＰＳ衛星から送信されてきたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を受信するアンテナ１４と、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅するローノイズ・アンプ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＬＮＡ）１５と、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過する帯域通過フィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；ＢＰＦ）１６と、ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する増幅器１７と、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する周波数シンセサイザ１８と、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算する乗算器１９と、乗算器１９によって乗算されることによってダウンコンバートされた所定の周波数ＦＩＦを有する中間周波数（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＩＦ）信号Ｄ１１を増幅する増幅器２０と、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち所定の周波数帯域成分を通過する低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；ＬＰＦ）２１と、ＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換するアナログ／ディジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；Ａ／Ｄ）２２と、を備えている。
【００２７】
アンテナ１４は、ＧＰＳ衛星から送信されてくる、例えば周波数１５７５．４２ＭＨｚのキャリアが拡散されたＲＦ信号を受信する。このアンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５は、ＬＮＡ１５に供給される。
【００２８】
ＬＮＡ１５は、アンテナ１４によって受信された受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅する。ＬＮＡ１５は、受信ＲＦ信号Ｄ５を増幅した増幅ＲＦ信号Ｄ６をＢＰＦ１６に供給する。
【００２９】
ＢＰＦ１６は、いわゆるＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタからなり、ＬＮＡ１５によって増幅された増幅ＲＦ信号Ｄ６のうち所定の周波数帯域成分を通過する。ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７は、増幅器１７に供給される。
【００３０】
増幅器１７は、ＢＰＦ１６によって通過された増幅ＲＦ信号Ｄ７をさらに増幅する。増幅器１７は、増幅ＲＦ信号Ｄ７を増幅した所定の周波数ＦＲＦ、すなわち、１５７５．４２ＭＨｚの増幅ＲＦ信号Ｄ８を乗算器１９に供給する。
【００３１】
周波数シンセサイザ１８は、ＣＰＵ２６から供給される制御信号Ｄ９による制御のもとに、ＴＣＸＯ１２から供給される発振信号Ｄ２に基づいて所定の周波数ＦＬＯを有する局部発振信号Ｄ１０を生成する。周波数シンセサイザ１８は、生成した局部発振信号Ｄ１０を乗算器１９に供給する。
【００３２】
乗算器１９は、増幅器１７によって増幅された所定の周波数ＦＲＦを有する増幅ＲＦ信号Ｄ８に対して周波数シンセサイザ１８から供給された局部発振信号Ｄ１０を乗算することによって増幅ＲＦ信号Ｄ８をダウンコンバートし、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の所定の周波数ＦＩＦを有するＩＦ信号Ｄ１１を生成する。このＩＦ信号Ｄ１１は、増幅器２０に供給される。
【００３３】
増幅器２０は、乗算器１９によってダウンコンバートされたＩＦ信号Ｄ１１を増幅する。増幅器２０は、ＩＦ信号Ｄ１１を増幅して得られる増幅ＩＦ信号Ｄ１２をＬＰＦ２１に供給する。
【００３４】
ＬＰＦ２１は、増幅器２０によって増幅された増幅ＩＦ信号Ｄ１２のうち、所定の周波数よりも低帯域成分を通過させる。このＬＰＦ２１によって通過された増幅ＩＦ信号Ｄ１３は、Ａ／Ｄ変換器２２に供給される。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器２２は、ＬＰＦ２１によって通過されたアナログ形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１３をディジタル形式の増幅ＩＦ信号Ｄ１４に変換する。このＡ／Ｄ変換器２２によって変換された増幅ＩＦ信号Ｄ１４は、同期捕捉部２４及び同期保持部２５に供給される。
【００３６】
なお、ＧＰＳ受信装置１０においては、上述した構成のうち、ＬＮＡ１５、増幅器１７、２０、ＢＰＦ１６、周波数シンセサイザ１８、乗算器１９、ＬＰＦ２１、及びＡ／Ｄ変換器２２は、アンテナ１４によって受信された１５７５．４２ＭＨｚの高い周波数を有する受信ＲＦ信号Ｄ５を、ディジタル信号処理が施しやすいように、例えば１．０２３ＭＨｚ程度の低い周波数ＦＩＦを有する増幅ＩＦ信号Ｄ１４にダウンコンバートする周波数変換部２３として構成される。
【００３７】
さらに、ＧＰＳ受信装置１０は、自己が発生するＰＲＮ符号とＡ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号との同期捕捉及び増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う同期捕捉部２４と、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持及びメッセージの復調を行う同期保持部２５と、各部を統括的に制御して各種演算処理を行うＣＰＵ２６と、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて時間を計測するＲＴＣ２７と、ＣＰＵ２６の内部時計としてのタイマ２８と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるメモリ２９を備える。
【００３８】
同期捕捉部２４は、ＣＰＵ２６の制御の下、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号の同期捕捉を行う。また同期捕捉部２４は、増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるキャリア周波数の検出を行う。ＰＲＮ符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を行う際には、同期捕捉部２４は、粗い精度での同期捕捉を行う。なお、同期捕捉部２４における同期捕捉には、例えば、スライディング相関器やマッチドフィルタなどの任意の構成を用いてもよい。同期捕捉部２４は、検出したＧＰＳ衛星を識別するための衛星番号、ＰＲＮ符号の位相、及びキャリア周波数を同期保持部２５及びＣＰＵ２６に供給する。
【００３９】
同期保持部２５は、ＣＰＵ２６の制御の下、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持を行う。また同期保持部２５は、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行う。ＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行う際には、同期保持部２５は、同期捕捉部２４から供給される衛星番号、ＰＲＮ符号の位相、及びキャリア周波数を初期値として動作を開始する。同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出したＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。
【００４０】
ＣＰＵ２６は、同期保持部２５から供給されるＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージを取得し、これらの各種情報に基づいて、自己の３次元位置の算出する処理や、当該ＧＰＳ受信装置１０の時間情報を補正する処理などの各種演算処理を行う。また、ＣＰＵ２６は、当該ＧＰＳ受信装置１０の各部及び各種ペリフェラル（周辺機器）、並びに外部との入出力（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）に関する制御を統括的に行う。
【００４１】
ＲＴＣ２７は、ＸＯ１１から供給される発振信号Ｄ１に基づいて、時間を計測する。このＲＴＣ２７によって計測される時間情報は、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報が得られるまでの間に代用されるものであって、ＧＰＳ衛星の正確な時間情報を得たＣＰＵ２６がＸＯ１１を制御することによって、時間情報は適宜補正される。
【００４２】
タイマ２８は、ＣＰＵ２６の内部時計として機能するものであり、各部の動作に必要となる各種タイミング信号の生成及び時間参照に用いられる。例えば、ＧＰＳ受信装置１０においては、同期捕捉部２４が同期捕捉したＰＲＮ符号の位相に合わせて同期保持部２５が内部に持つＰＲＮ符号発生器の動作を開始させるタイミングを、このタイマ２８によって参照する。
【００４３】
メモリ２９は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる。メモリ２９においては、ＣＰＵ２６等による各種処理を行う際のワークエリアとしてＲＡＭが用いられるとともに、入力した各種データをバッファリングする際や、同期保持部より得られた衛星の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、演算過程で生成される中間データ及び演算結果データを保持する際にもＲＡＭが用いられる。また、メモリ２９として、各種プログラムや固定データ等を記憶する手段としてＲＯＭを用いてもよい。また、メモリ２９として、ＧＰＳ受信装置１０の電源が切られている間であっても、衛星の軌道情報であるエフェメリスおよびアルマナック、および測位結果の位置情報、ＴＣＸＯ１２の誤差量などを記憶する手段として不揮発メモリを用いてもよい。
【００４４】
なお、ＧＰＳ受信装置１０においては、これらの同期捕捉部２４、同期保持部２５、ＣＰＵ２６、ＲＴＣ２７、タイマ２８、メモリ２９は、ベースバンド処理部として構成される。
【００４５】
このような各部を備えるＧＰＳ受信装置１０においては、少なくとも、ＸＯ１１、ＴＣＸＯ１２、アンテナ１４、ＬＮＡ１５、及びＢＰＦ１６を除く各部を、集積回路化した１チップからなる復調回路３０として構成することができる。
【００４６】
ＧＰＳ受信装置１０は、少なくとも４個のＧＰＳ衛星からのＲＦ信号を受信して、このＲＦ信号を周波数変換部２３によってＩＦ信号に変換した後、同期捕捉部２４によってＰＲＮ符号の同期捕捉及びキャリア周波数の検出を行い、同期保持部２５によってＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持及び航法メッセージの復調を行う。そして、ＧＰＳ受信装置１０は、ＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージに基づいて、ＣＰＵ２６によって自己の３次元位置を算出する。
【００４７】
以上、図１を用いて本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０の構成について説明した。なお、ＧＰＳ受信装置１０は、図１に示した構成以外にも、ユーザインタフェース用の表示データなどの各種データやアプリケーションなどを記憶可能な記憶部、ユーザが操作可能な操作部、現在位置の情報等を表示する表示部などを備えてもよい。ＧＰＳ受信装置１０は、例えば、データの伝送路としてのバスにより上記各構成要素間を接続してもよい。
【００４８】
上述したように、同期保持部２５は、ＣＰＵ２６の制御のもとに、逓倍／分周器１３から供給される逓倍及び／又は分周された発振信号Ｄ４に基づいて、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４におけるＰＲＮ符号とキャリアとの同期保持を行うとともに、増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる航法メッセージの復調を行う。同期保持部２５は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４についての同期保持を並列的に行い、検出したＰＲＮ符号の位相、キャリア周波数、及び航法メッセージをＣＰＵ２６に供給する。続いて、同期保持部２５において複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号の同期保持を行う部分（以下、同期保持チャネル）の構成について説明する。
【００４９】
［１−２．同期保持チャネルの構成］
図２は、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について示す説明図である。以下、図２を用いて、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について説明する。
【００５０】
同期保持チャネル１００は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号の同期保持を実行する。同期保持チャネル１００は、キャリアの同期保持を行うＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１０１と、ＰＲＮ符号の同期保持を行うＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ−ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１０２と、ＣＰＵ２６から設定された特定のＧＰＳ衛星のＰＲＮ符号を発生されるＰＲＮ符号生成器１３０と、を備える。
【００５１】
ＰＬＬ１０１は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアの同期保持を行い、トラッキング中のＧＰＳ衛星のキャリア周波数を出力する。得られたキャリア周波数はＤＬＬ１０２に供給されると共に、ＣＰＵ２６を経由して測位計算に用いられる。また、ＰＬＬ１０１は航法メッセージの抽出も行い、抽出された航法メッセージはＣＰＵ２６に供給される。
【００５２】
ＤＬＬ１０２は、複数のＧＰＳ衛星からの増幅ＩＦ信号Ｄ１４から特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号の同期保持を行い、トラッキング中のＧＰＳ衛星のＰＲＮ符号の位相と周波数を出力する。ＤＬＬ１０２で得られたＰＲＮ符号位相はＰＬＬ１０１に供給されると共に、ＣＰＵ２６を経由して測位計算に用いられる。また、得られたＰＲＮ符号周波数はＰＲＮ符号生成器１３０に供給される。
【００５３】
ＰＲＮ符号生成器１３０は、ＤＬＬ１０２から得られたＰＲＮ符号周波数に対応するＰＲＮ符号を生成する。生成するＰＲＮ符号の種類は同期保持すべきＧＰＳ衛星の種類に対応し、ＣＰＵ２６から与えられる。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態にかかるＧＰＳ受信装置１０における同期保持チャネル１００の構成について説明した。続いて、図２に示した同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１０１の構成について説明するが、その前に、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬの構成例について説明する。
【００５５】
［１−３．従来のＰＬＬの構成］
図３は、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０の構成について示す説明図である。図３に示したように、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０は、ミキサ４１、４２、４３と、ＬＰＦ４４、４５と、位相検出器４６と、ループフィルタ４７と、数値制御発振器（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；以下キャリアＮＣＯ）４８と、を含んで構成されている。そして、図３に示したＰＬＬ４０は、同期保持チャネルの数だけＧＰＳ受信装置の内部に備えられる。
【００５６】
ミキサ４１は、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号を除去（逆拡散）するために、増幅ＩＦ信号Ｄ１４とＰＲＮ符号生成器１３０が出力するＰＲＮ符号の遅れ無し（ＰｒｏｍｐｔまたはＰｕｎｃｔｕａｌ）信号Ｄ１０４とを掛け合わせる。ミキサ４１によって逆拡散された信号はミキサ４２、４３に供給される。
【００５７】
ミキサ４２は、ミキサ４１の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアの同相成分（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ；Ｉ成分）ＩＰを取り出すために、ミキサ４１の出力とＮＣＯ４８が出力するｃｏｓ成分とを掛け合わせる。その結果、Ｉ成分ＩＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ４８が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。ミキサ４２で得られたＩ成分ＩＰはＬＰＦ４４に供給される。
【００５８】
ミキサ４３は、ミキサ４１の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアの直交成分（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ；Ｑ成分）ＱＰを取り出すために、ミキサ４１の出力とＮＣＯ４８が出力するｓｉｎ成分を掛け合わせる。その結果、Ｑ成分ＱＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ４８が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。Ｑ成分ＱＰはＬＰＦ４５に供給される。
【００５９】
ＬＰＦ４４、４５は、それぞれミキサ４２、４３の出力に含まれる２つの周波数成分、すなわちトラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ４８が発生するキャリアの周波数の和および差のうち、周波数差のみを取り出す。また、帯域外ノイズを除去する役割もある。ＬＰＦ４４、４５の出力は、位相検出器４６に供給される。
【００６０】
位相検出器４６は、ＬＰＦ４４、４５を経由したＩ成分ＩＰおよびＱ成分ＱＰからトラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリアとＮＣＯ４８が発生するキャリアの位相差を求める。位相検出器４６が求めた位相差はループフィルタ４７に供給される。
【００６１】
ループフィルタ４７は、位相検出器４６が生成する位相差情報から不要なノイズを取り除きつつ、所望のループの応答を実現するための一種のＬＰＦである。ループの応答を特徴付けるパラメータはＣＰＵ２６から与えられる。ループフィルタ４７の出力はキャリアＮＣＯ４８に供給される。
【００６２】
キャリアＮＣＯ４８は、入力に応じた周波数に対応するキャリア信号を生成する。基準となるキャリア信号Ｄ１０１と９０度位相が遅れた信号Ｄ１０２を出力する。キャリアＮＣＯ４８が出力する信号Ｄ１０１はミキサ４２へ、信号Ｄ１０２はミキサ４３へ供給される。
【００６３】
以上、従来のＧＰＳ受信装置の同期保持チャネルで用いられていたＰＬＬ４０の構成について説明した。このように、従来のＧＰＳ受信装置では、１つの同期保持チャネルに１つのＰＬＬが備えられていた。従って、同期保持チャネルの数だけ、位相検出器４６及びループフィルタ４７が備えられていた。しかし、上述したように、従来のＧＰＳ受信機においては、ＰＬＬの処理間隔の間に実行される処理の規模はそれほど大きくないにも関わらず、同期保持チャネルの数だけ位相比較器やループフィルタを用意しており、回路規模の増大化に繋がっていたという問題があった。
【００６４】
そこで、本実施形態では、複数の同期保持チャネルでＰＬＬの位相比較器及びループフィルタを共有し、時分割で処理を実行することで、回路規模の増大化を抑えることができるＧＰＳ受信装置について説明する。
【００６５】
［１−４．本実施形態のＰＬＬの構成］
図４は、本発明の一実施形態にかかる同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１１１の構成について示す説明図である。以下、図４を用いて、本発明の一実施形態にかかる同期保持チャネル１００において用いられているＰＬＬ１１１の構成について説明する。
【００６６】
図４に示したように、ＰＬＬ１１１は、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号を除去するためのミキサ１０３と、特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＩ成分ＩＰを取り出すためのミキサ１０４と、特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＱ成分ＱＰを取り出すためのミキサ１０５と、帯域制限によりノイズなどの不要な周波数成分を除去するためのＬＰＦ１０６、１０７と、Ｉ成分ＩＰとＱ成分ＱＰとの割合から受信したＧＰＳ衛星信号に含まれるキャリアと数値制御発振器（キャリアＮＣＯ）１１０が生成するキャリアとの位相差を検出する位相検出器１１３と、位相検出器１１３が出力する位相差を平滑化するためのループフィルタ１１４と、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリアを除去するために同調させるキャリアを発生させるためのキャリアＮＣＯ１１０と、複数のチャネルのＩ信号から位相検出器１１３に接続するＩ信号を選択するためのマルチプレクサ（ＭＵＸ）１１６と、複数のチャネルのＱ信号から位相検出器１１３に接続するＱ信号を選択するためのマルチプレクサ１１５と、複数のチャネルのキャリアＮＣＯ１１０からループフィルタ１１４と接続するＮＣＯ１１０を選択するためのデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１１７と、マルチプレクサ１１５、１１６及びデマルチプレクサ１１７がどのチャネルの信号を選択するべきかを保持するカウンタ１１８と、ループフィルタで生成される中間結果を複数のチャネル毎に保持するためのレジスタ１１９と、を備える。
【００６７】
ミキサ１０３、１０４、１０５、ＬＰＦ１０６、１０７及びキャリアＮＣＯ１１０は同期保持チャネルの数だけ備わるが、位相検出器１１３、ループフィルタ１１４、カウンタ１１８、レジスタ１１９、マルチプレクサ１１５、１１６及びデマルチプレクサ１１７は、同期保持チャネルの数より少ない。ここで、同期保持チャネル数と、位相検出器１１３とループフィルタ１１４からなる位相差検出部１１２の数の関係について説明する。
【００６８】
本実施形態において、同期保持チャネル数Ｎ（Ｎ≧２）に対して、位相差検出部１１２の数Ｍは、Ｎ＞Ｍを満たすように決定される。Ｎが具体的に与えられた場合に、どのようにしてＭを決定するかを以下に述べる。まず、１個の位相差検出部１１２に対して共有可能な同期保持チャネルの最大数Ｌを求める。位相差検出部の処理に要する時間をＴ１とし、ＰＬＬの処理間隔をＴ０とすると、１個の位相差検出部１１２に対して共有可能な同期保持チャネルの最大数Ｌは以下の数式１を満たすように求められる。
【００６９】
【数５】
・・・（数式１）
【００７０】
ただし、
【数６】
は、ｘを超えない最大の整数を表す。例えば、Ｔ０＝１ｍｓ、Ｔ１＝１５μｓとすると、Ｍは以下の数式２を満たす。
【００７１】
【数７】
・・・（数式２）
【００７２】
ただし、
【数８】
は、ｘ以上の最小の整数を表す。例えば、Ｎ＝２０、Ｌ＝６７とすると、Ｍ＝１であり、Ｎ＝２０、Ｌ＝１５とすると、Ｍ＝２となる。
【００７３】
なお、以下においては、説明の便宜上、同期保持チャネル数Ｎは８、位相差検出部１１２の数Ｍは１とするが、上述した条件を満たしていれば、その数の大小は問わない。
【００７４】
ミキサ１０３は、Ａ／Ｄ変換器２２から供給される増幅ＩＦ信号Ｄ１４に含まれる特定のＧＰＳ衛星信号のＰＲＮ符号を除去（逆拡散）するために、増幅ＩＦ信号Ｄ１４と後述するＰＲＮ符号生成器１３０が出力するＰＲＮ符号の遅れ無し（ＰｒｏｍｐｔまたはＰｕｎｃｔｕａｌ）信号を掛け合わせる。ミキサ１０３によって逆拡散された信号はミキサ１０４、１０５に供給される。
【００７５】
ミキサ１０４は、ミキサ１０３の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＩ成分ＩＰを取り出すために、ミキサ１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｃｏｓ成分を掛け合わせる。その結果、Ｉ成分ＩＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。ミキサ１０４によって取り出されたＩ成分ＩＰはＬＰＦ１０６に供給される。
【００７６】
ミキサ１０５は、ミキサ１０３の出力から特定のＧＰＳ衛星信号のキャリアのＱ成分ＱＰを取り出すために、ミキサ１０３の出力とＮＣＯ１１０が出力するｓｉｎ成分を掛け合わせる。その結果、Ｑ成分ＱＰは、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差を周波数成分として持つ。ミキサ１０５によって取り出されたＱ成分ＱＰはＬＰＦ１０７に供給される。
【００７７】
ＬＰＦ１０６、１０７は、それぞれミキサ１０４、１０５の出力に含まれる２つの周波数成分、すなわちトラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリア周波数とＮＣＯ１１０が発生するキャリアの周波数の和および差のうち、周波数差のみを取り出す。また、帯域外ノイズを除去する役割もある。ＬＰＦ１０６、１０７の出力は後述するマルチプレクサ１１５、１１６を経由して位相検出器１１３に供給される。
【００７８】
位相検出器１１３は、ＬＰＦ１０６、１０７及びマルチプレクサ１１５、１１６を経由したＩ成分ＩＰおよびＱ成分ＱＰから、トラッキング中のＧＰＳ衛星信号のキャリアとＮＣＯ１１０が発生するキャリアの位相差を求める。位相検出器１１３で算出された位相差情報はループフィルタ１１４に供給される。
【００７９】
ループフィルタ１１４は、位相検出器１１３が生成する位相差情報から不要なノイズを取り除きつつ、所望のループの応答を実現するための一種のＬＰＦである。ループの応答を特徴付けるパラメータはＣＰＵ２６から与えられる。ループフィルタ１１４の出力は後述するデマルチプレクサ１１７を経由してキャリアＮＣＯ１１０に供給される。
【００８０】
キャリアＮＣＯ１１０は、入力に応じた周波数に対応するキャリア信号を生成する。基準となるキャリア信号Ｄ１０１と９０度位相が遅れた信号Ｄ１０２を出力し、信号Ｄ１０１はミキサ１０４へ、信号Ｄ１０２はミキサ１０５へ供給される。
【００８１】
マルチプレクサ１１５、１１６は、複数の同期保持チャネルのＬＰＦ１０６および１０７の出力から特定の同期保持チャネルの出力を選択するためのもので、選択すべき同期保持チャネルはカウンタ１１８で保持される。
【００８２】
デマルチプレクサ１１７は、複数の同期保持チャネルのＮＣＯ１１０から、ループフィルタ１１４と接続すべきチャネルを選択するためのもので、選択すべき同期保持チャネルの情報はチャネル番号としてカウンタ１１８で保持される。
【００８３】
カウンタ１１８は、マルチプレクサ１１５、１１６及びデマルチプレクサ１１７が、複数の同期保持チャネルの信号から特定の同期保持チャネルの信号を選択するためのチャネル番号を保持する。本実施形態では、同期保持チャネルの数は８つなので、チャネル番号は０から７の値が保持される。カウンタ１１８のカウンタ値の制御方法は後述する。
【００８４】
レジスタ１１９は、ループフィルタ１１４が生成する中間結果を保存するための領域である。レジスタ１１９を実現するにはフリップフロップあるいはＲＡＭを用いる方法が考えられるが、これらの例に限定されるものではない。ループフィルタ１１４が生成する中間結果は同期保持チャネルごとに異なるので、レジスタ１１９は同期保持チャネル数だけ保存領域を用意する必要がある。中間結果をレジスタ１１９内のどのチャネル用領域に格納すべきか、あるいは、どのチャネル用領域から次に使用する中間結果を取り出すかは、カウンタ１１８によって指定される。
【００８５】
信号Ｄ２０１は、ループフィルタ１１４の計算終了を示す信号であり、次の同期保持チャネルのための位相差検出処理すなわち位相検出器１１３およびループフィルタ１１４の処理を開始するための信号となる。同時に、信号Ｄ２０１は、カウンタ１１８を更新するための信号となる。
【００８６】
以上、図４を用いて、ＰＬＬ１１１の構成について説明した。従来の方法であれば、各同期保持チャネルに備わっている位相差検出部１１２は、図１の逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号によって全チャネルが一斉に動作を開始する。本実施形態においては、１つの位相差検出部１１２が複数の同期保持チャネルの処理を時分割で受け持つので、逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号の他に、位相差検出部１１２の処理を開始させるための信号が必要となる。以下では、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法、およびカウンタ１１８の制御方法について説明する。
【００８７】
［１−５．位相差検出部の処理開始信号の生成方法、カウンタの制御方法］
図５は、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法の概要について示す説明図である。以下、図５を用いて、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法について説明する。
【００８８】
処理すべき同期保持チャネルは０から７まで順番に処理すると仮定すると、逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号はチャネル０を処理するための開始信号として利用する。一方、チャネル１から７を処理するための処理開始信号は、ループフィルタ１１４の計算終了信号Ｄ２０１を利用する。ただし、最後のチャネル（図５に示した例ではチャネル７）の処理終了信号は、もう処理すべきチャネルがないので処理開始信号として利用しない。
【００８９】
カウンタ１１８の役割は、上述した通り、マルチプレクサ１１５、１１６と、デマルチプレクサ１１７とが接続すべき同期保持チャネルを決定するとともに、ループフィルタ１１４が生成した中間結果のレジスタ１１９の内部での保存領域を決定し、ループフィルタ１１４が使用する中間結果のレジスタ１１９の内部での格納場所を決定するものである。基本的には上述した処理開始信号と同様の制御が実行される。すなわち、図１に示した逓倍／分周器１３が生成する処理開始信号によってカウンタ１１８が０に初期化され、ループフィルタ１１４の計算終了信号Ｄ２０１を利用してカウンタ１１８のカウンタ値を１加算する。ただし、既にカウンタ１１８が最大チャネル番号（この例では７）を保持している場合は、カウンタ１１８のカウンタ値の加算は行われない。
【００９０】
図６は、本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について示す流れ図である。以下、図６を用いて、本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について説明する。なお、図６に示す一連の処理は、例えばＣＰＵ２６が実行するようにしてもよい。
【００９１】
まず、カウンタ１１８に逓倍／分周器１３からの処理開始信号があったかどうかを判断する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１での判断の結果、逓倍／分周器１３からの処理開始信号があった場合には、カウンタ１１８のカウンタの値を０に初期化して（ステップＳ１０２）、処理を終了する。一方、ステップＳ１０１での判断の結果、逓倍／分周器１３からの処理開始信号が無かった場合には、続いて、カウンタ１１８にループフィルタ１１４からの処理終了信号があったかどうかを判断する（ステップＳ１０３）。
【００９２】
上記ステップＳ１０３での判断の結果、ループフィルタ１１４からの処理終了信号があった場合には、続いて、カウンタ１１８のカウンタの値が処理すべき最大チャネル数に達しているかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。一方、上記ステップＳ１０３での判断の結果、ループフィルタ１１４からの処理終了信号が無かった場合には、そのまま処理を終了する。
【００９３】
上記ステップＳ１０４での判断の結果、カウンタの値が処理すべき最大チャネル数に達していないと判断した場合には、カウンタ１１８のカウンタの値に１を加算する（ステップＳ１０５）。一方、上記ステップＳ１０４での判断の結果、カウンタの値が処理すべき最大チャネル数に達していたと判断した場合には、そのまま処理を終了する。そして、再び逓倍／分周器１３からの処理開始信号がカウンタ１１８に送られたかどうかを判断する上記ステップＳ１０１の処理の実行に移る。
【００９４】
以上、本発明の一実施形態にかかるＰＬＬ１１１におけるカウンタ１１８の制御方法について説明すると共に、本実施形態にかかる位相差検出部１１２の処理開始信号の生成方法について説明した。
【００９５】
＜２．まとめ＞
以上説明したように本発明の一実施形態によれば、従来は複数の同期保持チャネルにそれぞれ備わっていた位相差検出部（位相検出器およびループフィルタ）を減らし、１つの位相差検出部につき複数の同期保持チャネルの処理を時分割で行うことが可能となる。複数の同期保持チャネルにそれぞれ備わっていた位相差検出部の数を減らすことで、同期保持チャネルの数が増加しても、回路規模の縮小や消費電力の削減に寄与することが可能となる。
【００９６】
なお、本実施形態は衛星の同期保持や同期捕捉の方法については特定の実施を仮定するものではなく、ＧＰＳ受信機として備える同期捕捉部及び／または同期保持部であればよい。また、本実施形態で説明した各種処理は、例えばメモリ２９に格納されたコンピュータプログラムを、ＣＰＵ２６が読み出して順次実行することで行われるようにしてもよい。
【００９７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９８】
１０ ＧＰＳ受信装置
１１ ＸＯ
１２ ＴＣＸＯ
１３ 逓倍／分周器
１４ アンテナ
１５ ＬＮＡ
１６ ＢＰＦ
１７ 増幅器
１８ 周波数シンセサイザ
１９ 乗算器
２０ 増幅器
２１ ＬＰＦ
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 周波数変換部
２４ 同期捕捉部
２５ 同期保持部
２６ ＣＰＵ
２７ ＲＴＣ
２８ タイマ
２９ メモリ
３０ 復調回路
１００ 同期保持チャネル
１０２ ＤＬＬ
１０３、１０４、１０５ ミキサ
１０６、１０７ ＬＰＦ
１１１ ＰＬＬ
１１０ キャリアＮＣＯ
１１３ 位相検出器
１１４ ループフィルタ
１１５、１１６ マルチプレクサ
１１７ デマルチプレクサ
１１８ カウンタ
１１９ レジスタ
１３０ ＰＲＮ符号生成器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、
衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、
前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、
を備え、
同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである、信号受信装置。
【請求項２】
前記位相同期ループ部の処理間隔をＴ０、前記位相比較器及び前記ループフィルタの処理に要する時間をＴ１とした場合に、Ｌは下記の数式１で算出され、
【数１】
・・・（数式１）
前記Ｌを用いて下記の数式２で前記Ｍが算出される、請求項１に記載の信号受信装置。
【数２】
・・・（数式２）
（ただし、
【数３】
は、ｘを超えない最大の整数を表し、
【数４】
は、ｘ以上の最小の整数を表す。）
【請求項３】
１つの前記位相比較器及び前記ループフィルタの組を、複数の前記位相同期ループ部が時分割で用いる、請求項１または２に記載の信号受信装置。
【請求項４】
複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持部と、
複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択部と、
前記ループフィルタの出力を前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給部と、
前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持部と、
をさらに備える、請求項１または２に記載の信号受信装置。
【請求項５】
所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、
衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、
前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、
を備え、
同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである信号受信装置に対し、
複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、
複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、
前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、
前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、
を含む、信号受信装置の制御方法。
【請求項６】
所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、
衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、
前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、
を備え、
同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍであるコンピュータに、
複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、
複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、
前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、
前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、
を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１】
所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、
衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、
前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、
を備え、
同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである、信号受信装置。
【請求項２】
前記位相同期ループ部の処理間隔をＴ０、前記位相比較器及び前記ループフィルタの処理に要する時間をＴ１とした場合に、Ｌは下記の数式１で算出され、
【数１】
・・・（数式１）
前記Ｌを用いて下記の数式２で前記Ｍが算出される、請求項１に記載の信号受信装置。
【数２】
・・・（数式２）
（ただし、
【数３】
は、ｘを超えない最大の整数を表し、
【数４】
は、ｘ以上の最小の整数を表す。）
【請求項３】
１つの前記位相比較器及び前記ループフィルタの組を、複数の前記位相同期ループ部が時分割で用いる、請求項１または２に記載の信号受信装置。
【請求項４】
複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持部と、
複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択部と、
前記ループフィルタの出力を前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給部と、
前記情報保持部が保持する情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持部と、
をさらに備える、請求項１または２に記載の信号受信装置。
【請求項５】
所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、
衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、
前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、
を備え、
同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍである信号受信装置に対し、
複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、
複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、
前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、
前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、
を含む、信号受信装置の制御方法。
【請求項６】
所定の周波数のキャリアを生成する信号生成器を含む位相同期ループ部と、
衛星から受信した信号のキャリアと前記信号生成器が生成したキャリアとの位相差を検出して出力する１以上の位相比較器と、
前記位相比較器が出力する位相差情報からノイズを除去して所望のループの応答を実現する１以上のループフィルタと、
を備え、
同時に追跡可能な最大衛星数Ｎ（Ｎは２以上）に対して、前記位相比較器及び前記ループフィルタの数ＭはＮ＞Ｍであるコンピュータに、
複数の前記位相同期ループ部に対して現在処理すべき位相同期ループ部の情報を保持する情報保持ステップと、
複数の前記位相同期ループ部の前記位相比較器への出力から前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループ部の出力を選択して前記位相比較器へ供給する選択ステップと、
前記ループフィルタの出力を前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの前記信号生成器に供給する供給ステップと、
前記情報保持ステップで保持される情報に対応した前記位相同期ループの、前記ループフィルタにおける遅延値を保持する遅延値保持ステップと、
を実行させる、コンピュータプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７６７９（Ｐ２０１１−７６７９Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５２４７２（Ｐ２００９−１５２４７２）
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２６日（２００９．６．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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